(57)【要約】【課題】メッキ方式による砥粒の固定型ソーワイヤの製造方法において、長尺の芯線の全周に多数個の砥粒を均等かつ強固に固定できるようにした製造方法を提供する。【解決手段】金属製芯線に対する多数個の砥粒の固定を複合Ｎｉメッキによることとするとともに、複合Ｎｉメッキ槽１３における電流密度を限界電流密度以上に設定することにより、多数の水素気泡を発生させると同時にこの異常メッキにより表面凹凸を現出させ、この凹凸と水素気泡とで砥粒をトラップさせて芯線の周方向に均一かつ強固に砥粒を固定するようにした。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属製芯線に多数個の砥粒を固定してソーワイヤを製造するソーワイヤの製造方法において、
上記の金属製芯線に対する多数個の砥粒の固定を複合Ｎｉメッキ方式とするとともに、同複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を、限界電流密度以上としたことを特徴とするソーワイヤの製造方法。
【請求項２】
上記複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を限界電流密度以上とすることにより発生するＨ２  気泡にトラップされた上記砥粒をＮｉメッキの成長とともに共析させて、上記金属製芯線に多数個の砥粒の固定が行われるようにしたことを特徴とする請求項１記載のソーワイヤの製造方法。
【請求項３】
上記複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を限界電流密度以上とすることにより上記金属製芯線の表面に粗いＮｉメッキが形成されて同金属製芯線の表面に凹凸が発生し、同凹凸で上記砥粒がトラップされて上記金属製芯線に多数個の砥粒の固定が行われるようにしたことを特徴とする請求項１記載のソーワイヤの製造方法。
【請求項４】
上記複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を限界電流密度以上とすることにより、Ｈ２  気泡を発生させ同Ｈ２  気泡に上記砥粒をトラップさせて同砥粒をＮｉメッキの成長とともに共析させるとともに、上記金属製芯線の表面に形成される粗いＮｉメッキによる表面凹凸を発生させ、同凹凸で上記砥粒をトラップさせて、上記金属製芯線に多数個の砥粒の固定が行われるようにしたことを特徴とする請求項１記載のソーワイヤの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、固定砥粒式ソーワイヤ製造方法に関し、特に金属製芯線に砥粒を電気メッキ（以下「メッキ」という）で固定するようにしたソーワイヤ製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、固定砥粒式ソーワイヤは、長尺の金属製芯線に多数個の砥粒を固定することにより製造される。そしてその固定方法として、従来は、砥粒をレジンに混入してこのレジンごと芯線に固定する方法が採用されている。（例えば特許文献１参照）
【０００３】
【特許文献１】
特開２０００−２４６５４２号公報（第２〜３頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
特許文献１に記載のような、砥粒をレジンに混入してこのレジンごと芯線に固定する方法で製造されたソーワイヤは、レジンによる砥粒の固定力が低く、ソーワイヤによる切断作業中に砥粒の芯線からの離脱が発生し、作業時間の経過とともにソーワイヤの切断能力が低下するという、課題がある。
このような課題に対処すべく、砥粒を（電気）メッキにより芯線に固定するソーワイヤの製造方法も試みられている（特許文献１［０００３］参照）が、製造に多大の時間を必要とするばかりか、長尺の芯線の全周に均等に砥粒が固定されておらず、砥粒の固定されていない面で切断が行われる時に、切断速度が低下するという課題がある。
本発明は、従来のソーワイヤの製造方法における上述のような課題を解決しようとするもので、複合Ｎｉメッキにより砥粒をワイヤ（芯線）に固定する方式を採用し、かつ同複合Ｎｉメッキ工程における電流密度を限界電流密度以上に設定した異常メッキ状態下で複合Ｎｉメッキを行うことにより、長尺の芯線の全周に多数個の砥粒を均等にかつ強固に固定できるようにした点を特徴とするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、金属製芯線に多数個の砥粒を固定してソーワイヤを製造するソーワイヤの製造方法において、上記の金属製芯線に対する多数個の砥粒の固定を複合Ｎｉメッキ方式とするとともに、同複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を、限界電流密度以上として課題解決の手段としている。
【０００６】
また、上記複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を限界電流密度以上としたときに発生するＨ２  気泡にトラップされた上記砥粒をＮｉメッキの成長とともに共析させて、金属製芯線に多数個の砥粒を固定するようにして課題解決の手段としている。
【０００７】
さらに、上記複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を限界電流密度以上とすることにより上記金属製芯線の表面に粗いＮｉメッキを形成させることで同金属製芯線の表面に凹凸を発生させ、同凹凸により上記砥粒をトラップして上記金属製芯線に多数個の砥粒を固定するようにして課題解決の手段としている。
【０００８】
さらにまた、上記複合Ｎｉメッキ方式における電流密度を限界電流密度以上とすることにより、Ｈ２  気泡を発生させ同Ｈ２  気泡に上記砥粒をトラップさせて同砥粒をＮｉメッキの成長とともに共析させるとともに、上記金属製芯線の表面に粗いＮｉメッキを形成させることで同金属製芯線の表面に凹凸を発生させ、同凹凸により上記砥粒をトラップさせて、上記金属製芯線に多数個の砥粒を固定するようにして課題解決の手段としている。
【０００９】
この発明のソーワイヤの製造方法によれば、複合メッキ槽の電流を限界電流密度以上とすることにより、多数の水素気泡を発生させると同時に、この異常メッキにより表面凹凸を形成し、この凹凸と多数の水素気泡とで砥粒をトラップ（捕捉）して芯線の周方向に均一に砥粒を固定することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
次に、図面とともに本発明の実施形態について説明する。図１は本発明に係るソーワイヤの製造方法を実施するのに好適なソーワイヤの製造装置の系統図、図２はワイヤ表面の気泡の状態を示す模試図で気泡接触角θ１  ＜９０°の場合を示す図、図３はワイヤ表面の気泡の状態を示す模試図で気泡接触角θ２  ＞９０°の場合を示す図、図４は複合Ｎｉメッキ槽の模試横断面図、図５はＮｉメッキ成長と砥粒固定メカニズムの説明模試図、図６は水素気泡による砥粒のトラップ状態を示す模試図、図７は砥粒固着状態を拡大して示すソーワイヤの側面図、図８は部分的に砥粒がサ−クル状に固定された状態を示す外観写真、図９、１０はこの実施例により製造方法に係るソーワイヤと従来の製造方法に係るソーワイヤとの比較結果を示す図である。
【００１１】
図１は、本発明に係るソーワイヤの製造方法を実施するのに好適なソーワイヤの製造装置１０の１例を示しており、この製造装置１０は、前処理部１１、下地Ｎｉメッキ槽１２、複合メッキ槽１３、Ｎｉメッキ槽１４および後処理部１５から構成されている。そして、芯線１を製造装置１０内の各部を上記の順に通過させることにより、ソーワイヤが製造されるようになっている。
【００１２】
金属製の芯線（ワイヤ）１には、初めに、前処理部１１において、脱脂、水洗、酸洗、水洗の各処理がこの順に施される。芯線１としては、例えば、０．２ｍｍ径程度の細径の鋼線が好適である。
前処理部１１を施された芯線１は、下地Ｎｉメッキ槽１２に送られて下地Ｎｉメッキ処理される。
【００１３】
下地Ｎｉメッキ槽１２で下地Ｎｉメッキ処理された後、芯線１は複合Ｎｉメッキ槽１３に送られ、ここで複合メッキ処理される。この複合メッキ処理により芯線１に対する砥粒２の固定が行われる。つまり複合Ｎｉメッキ槽１３は砥粒固定部を構成するものである。複合Ｎｉメッキの具体例については、後に実施例により詳述する。複合Ｎｉメッキ槽１３で複合Ｎｉメッキ処理されて複合Ｎｉメッキ槽１３から送り出された芯線１は、次にＮｉメッキ槽１４で埋め込み処理された後、水洗、乾燥の工程をこの順に施される後処理１５を経て、製品として製造装置１０から取り出される。
【００１４】
次に、上記の複合Ｎｉメッキの実施例について説明する。
【実施例１】この実施例では、複合Ｎｉメッキ槽１３として、透明アクリル製の直径３０ｍｍ、長さ４５０ｍｍの観察用の簡易槽を製作し、メッキ液１３ｂとしてスルファミン酸ニッケルを上記簡易槽（複合Ｎｉメッキ槽１３に相当）に注入し、同メッキ液内に砥粒として粒径３０〜４０μｍの人工ダイヤモンドを混入し、電流密度を限界電流密度以上の１．５Ａに設定した。芯線１として０．２１３ｍｍ径の鋼線に下地Ｎｉメッキ処理を行ったものを用い、この線材１を、複合メッキ槽１３の底部に形成されている砥粒堆積層１３ａ内を移動させながら１０秒間複合メッキ処理を行った。図４中の符号１ａは線材１の表面に固定された砥粒を示す。なお、電流密度については、限界電流密度の８０％程度としても、砥粒堆積層１３ａ内における砥粒密度、メッキ処理時間（砥粒堆積層１３ａ内でのワイヤ１の速度）などを調節することにより、上述のものとほぼ同様の効果が得られることも実験の結果確認されている。したがって、本明細書において「電流密度を限界電流密度以上」とは、下限が限界電流密度の８０％程度以上を意味するものである。
【００１５】
上記観察用のメッキ槽内における複合Ｎｉメッキ工程において砥粒２がワイヤ１近傍にてどのような動きを行っているのかを観察することにより、次の通りの事実を確認することができた。
すなわち、複合Ｎｉメッキの場合、電流密度が高いほど水素の発生量が多くなることが判明した。そして、砥粒堆積部に入る前のメッキ液中（砥粒堆積部外）のワイヤ表面には水素の気泡が付着しており、側面から観察したところ上面に多数、下面に少数の水素気泡が確認された（上部と下部との気泡付着比は５：１程度）。
また、ワイヤ表面に付着した水素気泡３は砥粒堆積部に入る際、その一部は、図３に示すように、離脱して水面へ上昇するが、図２に示すように、サイズおよび接触角度θ１  が小さいもの（θ１  ＜９０°）は、砥粒堆積部に入るものもあることが判明した。図２、３、中の矢印は芯線１の移動方向を、図３のθ２  （θ２  ＞９０°）はサイズの大きな気泡３の接触角度を、１ａはトラップされた砥粒を示している。
この結果より、スルファミン酸ニッケル浴の液の表面張力は非常に大きく、接触角がθ１  と小さい気泡は、砥粒１ａの堆積による抵抗力以上に大きな付着力を有するものと推測される。
【００１６】
側面よりの観察により、砥粒堆積部内のワイヤから離脱した水素気泡が堆積表面から出てくる際の大きさは、砥粒堆積表面からワイヤまでの距離によって異なり、この距離が短いほど多数で細かい気泡が現れ、距離が長いほど少数で大きな気泡が現れることも判明した。
以上の結果から、発生した水素の気泡は、メッキ液が持つ表面張力による力にてワイヤ表面に付着しており、場合によっては砥粒の堆積部に入る際も離脱しない程度の力となっている。また、砥粒堆積部内のワイヤから発生した水素の気泡は、離脱した際にワイヤ上部の砥粒を巻き込みながら上昇し、水面で破裂している。この状態は砥粒をある程度攪拌している状態となっている。つまり、水素の気泡は砥粒を動かすために十分な付着力を持っており、砥粒堆積部内部でも水素の凹凸が芯線（ワイヤ）１の表面に出てきており、砥粒１ａのキャリア効果（ボンデ処理のように）を発揮している可能性があると推測される。
【００１７】
この実施例により、メッキ表面の凹凸が大きく、また砥粒の側面をグリップしながら成長していることが判明した。つまり、通常のメッキ成長過程と違った状態となっており、砥粒の底部から順次メッキが成長して固定するのではなく、金属製の芯線１の表面に、粗いＮｉメッキが形成されて芯線１の表面に凹凸２ａが発生し、この凹凸２ａで砥粒１ａがトラップ（図６）され、最終的に金属製の芯線１に多数個の砥粒２の固定が行われると考えられる。図７はこの状態を模試的に示す芯線１の側面図である。
【００１８】
さらに、メッキ処理中のワイヤ上部側において、図８に示すように、部分的に砥粒がサークル状に固定されていることが見い出された。これは、図８に示すように、大きな水素気泡の周辺に砥粒１ａがトラップされ、その間ニッケルが析出したことによって時間とともに共析したのではないかと推測される。
【００１９】
上述の通り、この実施例１の複合Ｎｉメッキでは、複合メッキ槽１３の電流を限界電流密度以上にするという異常メッキにより多数の水素気泡を発生させ、この水素気泡の砥粒キャリア効果を利用して、砥粒を固定して芯線１の表面に大きな表面凹凸を持たせ、その周辺でトラップされた砥粒１ａをＮｉメッキの成長とともに共析させて、金属製芯線に多数個の砥粒の固定が行われる。
また、上記の異常メッキにより芯線１の表面に粗いＮｉメッキによる多数の表面凹凸２ａを発生させ、凹凸２ａで砥粒２をトラップさせる現象により、芯線１に多数個の砥粒の固定が行われるようにした。なお、上記の２つの現象は、同時に発生して芯線１に多数個の砥粒の固定が行われるが、各現象は単独でも砥粒２の固定作用は奏される。
【００２０】
限界電流密度はメッキ浴およびその条件により異なるが、限界電流密度の近くで複合Ｎｉメッキ処理が行われたときには、複合Ｎｉメッキ処理後のワイヤ表面に「くもり」や「焦げ」が見られるので、処理後のワイヤ表面およびワイヤ断面を分析することにより、限界電流密度の近くで複合Ｎｉメッキ処理が行われたかどうかを判断することができる。また、複合メッキ処理の所要時間は少なくとも１０秒は必要であることも判明した。
【００２１】
この実施例１により製造されたソーワイヤは、上記の従来のレジンボンドによる砥粒の固定方法によるソーワイヤに較べて、約１．５倍の切れ味を有することが実験により確認された。また、作業中での砥粒２の離脱が少ないので長寿命のソーワイヤを得ることができる。なお、電流密度とソーワイヤの表面粗さとは図１０に示す通りの関係となることが実験の結果判明した。つまり電流密度を大きくするほど表面粗さは大きくなり、それだけ切れ味が増加することとなる。
さらに、砥粒を（通常の電気）メッキにより芯線に固定するソーワイヤの製造方法に較べて、図９に示す通り約３倍の製造速度でソーワイヤを製造することが可能となった。
【００２２】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、次のような効果が得られる。
（１）ワイヤの周方向に、砥粒を強固にかつ均一に固定することができ、その結果、ソーワイヤの切断速度の向上および長寿命化が可能なソーワイヤを得ることが可能となる。
（２）ソーワイヤの製造速度を早くすることができ、製造効率の向上が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るソーワイヤの製造方法を実施するのに好適なソ  ーワイヤの製造装置の系統図。
【図２】ワイヤ表面の気泡の状態を示す模試図で接触角θ１  ＜９０°の場合を示す図。
【図３】ワイヤ表面の気泡の状態を示す模試図接触角θ２  ＞９０°の場合を示す図。
【図４】複合Ｎｉメッキ槽の模試横断面図。
【図５】Ｎｉメッキ成長と砥粒固定メカニズムの説明模試図。
【図６】水素気泡により砥粒トラップ模試図。
【図７】砥粒固着状態を拡大して示すソーワイヤの側面図。
【図８】部分的に砥粒がサークル状に固定された状態を示す外観写真。
【図９】従来の製造方法との製造速度の比較結果の１例を示すグラフ。
【図１０】電流密度とソーワイヤの表面粗さと関係を示すグラフ。
【符号の説明】１：金属製の芯線、１ａ：線材１の表面に固定された砥粒、２：砥粒、２ａ：（芯線１の表面に発生した粗いＮｉメッキによる多数の表面）凹凸、３：水素気泡、１０：製造装置、１１：前処理部、１２：下地Ｎｉメッキ槽、１３：複合Ｎｉメッキ槽、１３ａ：砥粒堆積層、１３：ｂメッキ液、１４：Ｎｉメッキ槽、１５：後処理部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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